Теплоэнергетика и окружающая среде

 

и).Изменение ландшафта  при сооружении разнородных теплоэнергетических  объектов, потребление ресурсов литосферы,в  том числе: вырубка лесов, изъятие  из сельскохозяйственного оборота  пахотных земель, лугов, взаимодействие берегов с водохранилищами.

 

к).Воздействие выбросов, выносов и изменение характера  взаимодействия водных бассейнов с  сушей на структуру и свойства континентальных шлейфов.

 

Примесные загрязнения могут  суммарно воздействовать на естест венный круговорот и материальные балансы  тех или иных веществ между  атмосферой, гидросферой и литосферой.

 

Из анализа общих схем взаимодействия теплоэнергетических  установок с окружающей средой, следует, что основным фактором взаимодействия ТЭЦ и ТЭС с водной средой является потребление воды системами технического водоснабжения, в том числе безвозвратное  потребление воды. Основная часть  расхода воды в этих системах- на охлаждение конденсаторов паровых  турбин. Остальные потребители технической  воды (системы золо- и шлакоудаления, химфодоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют 7% общего расхода  воды, являясь при этом , основным источником примесного загрязнения.

 

АЭС воздействуя на нка  водный бассейн,в то же время влияют на некоторые растения и вещества (растворённые в воде и содержащиеся в данных отложениях), некоторые  из них накапливают радиактивные  изотопы в концентрациях, на несколько  порядков превышающих равновесные  в окружающей воде. При существующих условиях воздействия ядерной теплоэнергетики  на гидросферу (и методах контроля выбросов) освоенные типы ядерных  теплоэнергетических установок  не представляют собой угрозы нарушения  локальных и глобальных равновесных  процессов в гидросфере и её взаимодействие с другими оболочками Земли (за исключением  аварийных ситуаций, вызывающих загрязнение  окружающей среды радиоактивными веществами). Все другие виды воздействия АЭС  на гидросферу и литосферу, не связанные  с радиоактивностью (влияние систем водоснабжения, фильтров), качественно  не отличаются от аналогичных воздействий  ТЭС и ТЭЦ.

 

Учёными доказано, что основными  видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающими на поверхность  гидросферы и литосферы , являются твёрдые  частицы, выносимые в атмосферу  дымовыми газами и оседающие на подерхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие  компоненты продуктов обогащения, переработки  и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности  гидросфер и литосфер является жидкое топливо, его компоненты и продукты  его потребления и разложения.

 

Выбросы теплоты являются одним из основных факторов взаимодействия теплоэнергетических объектов с  окружающей средой, в частности с  атмосферой и гидросферой. Выделение  происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического вещества или ядерного топлива для выработки тепловой энергии. Большая часть теплоты, получаемой охлаждающей водой в конденсаторах паровых турбин, передаётся в водоёмы, водотоки, а оттуда в атмосферу (t воды в месте сброса нагретой воды повышается, что ведёт к повышению средней

 

Температуры поверхности  водоёма, атмосферный воздух над  теплоэнергетической установкой повышается, вследствие энергии, выделенной этой установкой в атмосферу).

 

Современные представления  о допустимых условиях загрязнения  атмосферы, воды, земных ландшафтов основаны на сведении о вредном воздействии  веществ на здоровье людей, животных, на растительность, на материальные ценности. Всемирной организацией по вопросам  здравоохранения при ООН в 1963 году рекомендовано определение  критерия чистоты воздуха (предельно  допустимая концентрация вредных веществ- ПДК) по четырём уровням:

 

Уровень №1.-Невозможно обнаружить прямое или косвенное влияние  на человека, животных или растительность.

 

Уровень №2.-Возможно раздражение  органов чувств, вредное воздействие  на растительность, уменьшение прозрачности воздуха.

 

Уровень №3.-Нарушение жизненно важных функций и возникновение  хронических заболеваний у человека и животных.

 

Уровень №4.-Возникновение  острых заболеваний, ведущих к гибели людей и животных.

5. Изменения в окружающей  среде под влиянием антропогенных  воздействий.

 

Естественное ограничение  процессов, определяющих механизмы  саморегулирования окружающей среды, неизбежно ведёт к накоплению результатов антропогенных воздействий. В результате этого происходит изменение  тех или иных характеристик окружающей среды.

 

Изменения в атмосфере: рост содержания углекислого газа (СО2) (пропорционален росту потребления органического  топлива), концентрации водяного пара, уменьшения озонового слоя (вследствие воздействия фреонов), и как следствие  всему этому- изменение состава  атмосферы, сто отражается на её прозрачности, ведущее к изменению температуры  по сравнению с естественным уровнем

 

Изменения в гидросфере и  литосфере (так как они тесно  взаимосвязаны, то изменения в них  рассматриваются совместно), образование  водохранилищ и новых русел сопровождается изъятием земель и ускоренной водной эрозией почв, смывом прилегающих  слоёв, размыванием, что в свою очередь  ведёт к загрязнению водоёмов водотоков, изменению теплового  режима гидросферы, равновесного состава  и других, уже рассматриваемых  ранее, шероховатость поверхности  литосферы, изменение её теплового  режима и теплообмена поверхности (из-за осушения болот, расчистки лесов, разработки шахт, асфальтирования дорог), изменение состава атмосферного воздуха ведёт к изменения  взаимодействия воздуха с растительным покровом литосферы и условий  жизнедеятельности биосферы, одним  из последних воздействий является изменение сейсмичности, а также  радиационной обстановки биосферы, накопление в организме человека твёрдых  частиц.

 

В результате промышленной деятельности человека в области производства тепловой энергии в окружающей среде  наблюдается целый ряд существенных изменений. Вот лишь некоторые из них, особо ощутимые:

 

1. Наличие частиц, являющихся  ядрами конденсации в 10 раз  больше.

 

2. Наличие в воздухе  газовых примесей увеличено 5-25 раз.

 

3. Количество облаков увеличивается  на 5-10%.

 

4. Количество туманов зимой  на 100% больше, летом на 30%.

 

5. Число осадков в различные  периоды года на 5-10% больше.

 

6. Относительная влажность  уменьшена летом на 2%, зимой на 8%.

 

7. Солнечное излучение  уменьшено 3-20%.   

 

8. Температура повышается  на 1-2 градуса Цельсия.

 

9. Скорость ветра 5-30% больше.

6. Способы снижения загрязняющих  выбросов.

 

При сжигании выбросов соединений серы, при сжигании органического  топлива, принципиально существуют два подхода: сероочистка дымовых  газов и удаление серы из топлива  до его сжигания. Существуют следующие  методы: известняковый, известковый, двухцикличный  щелочной, каталитического окисления, газификации топлив, пиролиз.

 

Снижение выбросов твёрдых  частиц с продуктами сгорания ведётся  с помощью следующих способов: использование золоулавителей (энерционные  или мокрые), тканевых и электрофильтров.

 

Снижение загрязняющих выбросов АЭС: создание специализированных  систем по обезвреживанию и удалению радиоактивных отходов (коагуляция, выпарка, сорбция на ионообменных смолах).

 

Одним из способов снижения вредных воздействий энергоустановки  на окружающую среду является совершенствование  её тепловых схем, развитие теплофикации (одновременная выработка тепла  и энергии),

 

укрупнение установок  теплоэнергетики, использование вторичных  энергетических ресурсов, внедрение  новых термодинамических циклов, развитие систем аккумуляции энергии, использование возобновляемых источников энергии (солнечная, электростанции, геотермальная  энергия).

7. Влияние вредных выбросов  ТЭС и ТЭЦ на атмосферу.

 

Атмосфера- воздушная среда. Является наиболее уязвимой составляющей окружающей среды. Без нее невозможна жизнедеятельность человека, существование  и развитие животного и растительного  мира,  так как в ней содержится основная часть кислорода воздуха, имеющегося на планете. Атмосфере человеческой деятельностью причиняется огромный и невосполнимый ущерб. Вследствие тесной и неразрывной  взаимосвязи  всех природных составляющих окружающей среды, загрязнение атмосферы неизбежно  отражается на других средах: гидросфере, литосфере, биосфере. Выбросы вредных  веществ в атмосферу постоянно  растут с ростом урбанизации, строительством новых заводов и фабрик.

 

Наибольшее загрязнение  атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных  веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин,  мазут, дизельное  топливо, уголь).

 

Одним из основных и самых  крупномасштабных источников загрязнения  атмосферы являются ТЭС и ТЭЦ. Основные компоненты, выбрасываемые  в атмосферу при сжигании различных  видов топлива- нетоксичные углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Кроме  этого в воздушную среду выбрасываются  такие вредные вещества, как оксиды серы, азота, углерода, в частности  угарный газ (СО), соединения тяжёлых  металлов, таких как свинец (Рв), сажа, углеводороды, несгоревшие частицы  твёрдого топлива, канцерогенный бензопирен (С20Н12). 

 

При сжигании твёрдого топлива  в котлоагрегатах ТЭС и ТЭЦ  образуется большое количество золы, диоксида серы (SO2), оксидов азота.

 

Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как в мазуте содержится менее 2% серы.

 

Современные ТЭС и ТЭЦ  мощностью 2,4 млн. кВт. расходуют до 20 тысяч тонн угля в сутки и  выбрасывают в атмосферу: 680 тонн SO2 и SO3, 200 тонн оксидов азота, 120-240 тонн золы, пыли, сажи, (данные числовые значения приведены для процентного содержания серы в исходном топливе 1,7% и при  эффективности системы пылеулавливания 94-98 %.

 

Исследования показали, что  вблизи мощных станций и централей, в атмосферу выбрасывается 280-360 тонн SO2 в сутки. Максимальная  концентрация диоксида серы с подветренной стороны  на расстояниях: 200-500, 500-1000, 1000-2000 метров соответственно составляет: 0,3, 4,9; 0,7-5,5; 0,22-2,8; мГ/м3. Из этого следует, что  диоксид серы очень  хорошо разносится на расстояние и естественно наблюдается  пропорциональное уменьшение его концентрации при удалении от очага загрязнений.

 

При сжигании каменного угля остаётся очень большое количество  зольных отходов, которые вывозятся  за город на золоотвалы. Золоотвалы, в большинстве своём, очень плохо  оборудованы и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем. Это способствует образованию техногенных  пустынь.

 

Учёными подсчитано, что ТЭС  и ТЭЦ выделяют 46% всего сернистого ангидрида и 25% угольной пыли выбрасываемой  в атмосферу промышленными предприятиями. Причиной загрязнений такого масштаба является развитие экологически несостоятельных  технологических процессов, то есть таких, которые создают удовлетворение потребностей человека в тепловой и электрической энергии, но одновременно с  этим и недопустимое загрязнение окружающей среды. Эти процессы развиваются без принятия эффективных мер, предупреждающих загрязнение атмосферы.

 

Особенно опасны сернистый  ангидрид, диоксид серы и оксиды азота, выделяемые в атмосферу ТЭС  и ТЭЦ, поскольку они переносятся  на большие расстояния и осаждаются, в частности, с осадками на поверхность  земли, загрязняя гидросферу и литосферу. Одним из особенно ярких проявлений этой картины являются кислотные  дожди. Эти дожди образуются вследствие поступлений от сгорающего топлива  и уходящих в атмосферу на большую  высоту дымовых газами в,основном двуокиси серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут  выпадать в виде осад- ков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения.

 

Кроме того, загрязнение атмосферы  ТЭС и ТЭЦ привело, как полагают учёные, к новому явлению- поражению  некоторых видов мягких пород  деревьев, а также к быстрому и  одновременному падению скорости роста  по меньшей мере шести видов хвойных  деревьев.

 

ТЭС и ТЭЦ являются причиной возникающего в крупных промышленных городах смога: недопустимого загрязнения  обитаемой человеком  наружной воздушной  среды, вследствие выделения в неё  указанными источниками вредных  веществ при неблагоприятных  погодных условиях.

8. Влияние вредных выбросов AES УК ТЭЦ на атмосферу.

 

Ежедневно AES УК ТЭЦ производит выброс загрязняющих веществ в атмосферу  в результате сжигания топлива и  вспомогательных производств. При  сгорании топлива образуются следующие  загрязняющие вещества: зола, сернистый  ангидрид, диоксид азота, оксид углерода, пятиокись ванадия и выбросы  от вспомогательных производств. Ущерб, наносимый выбросами вредных  веществ в атмосферу от УК ТЭЦ, в настоящее время составляет 17164232 тенге. По действующему законодательству концентрация вредных веществ в  воздухе и приземном слое не должна превышать ПДК, что обеспечивается строительством высоких труб. Однако по ГОСТ 17.2.3.02.78. использование таких  труб рассматривается как крайняя  мера. Рассеивание оксидов азота  и серы  с помощью выбросов приводит к дальнему переносу этих веществ и выпадению их в виде кислотных дождей, приносящих  вред природе. Поэтому важнейшей задачей  является ограничение выбросов.

 

Парогенераторы ступени  №3,4, Бабкок-вилькокс и №5,6,7,8,9,10 ЦКТИ 75-39 Ф 1959 52-59 были оборудованы циклонами, имеющими среднюю степень улавливания  золы 80%, в начале 60 года батареи были за- менены на скруббера типа ЦСВТИ, что позволило поднять эффективность  золоулавливания на ПГ ступени №5-10 до 93-94%. В период 66-70  года в работу 4-го парогенератора высокого давления К/А БКЗ 320-140 были включены мокропрудковые золоулавливающие установки, имеющие проектную степень улавливания 94%.В период 72-75 годов, в результате проведенной реконструкции, золоулавливающие установки МПВТИ были заменены на золоулавливающие установки с предвключёнными  трубами типа МВУООРГРЭС–коагуляторами Вентури ТКВ, что повысило улавливание золы до 96-96,5%.Установка ТКВ  позволила также снизить  расход сернистого ангидрида на 3-4% в зависимости от  щёлочности орошаемой воды. В дальнейшем аналогичная реконструкция была проведена на парогенераторах среднего давления ступеней №5-10. Достоинства такого способа очистки- его простота и эффективность. При этом способе очистки появляется возможность реализации совмещён- ной схемы очистки от золы и уменьшается количество серы. Известно,  что в США около 2600 МВт энергетических мощностей оборудовано устройствами золо  и сероочистки с полным или частичным обеспечением потребности за счёт золы. Сероочистные установки рекомендуются при высокосерном топливе, содержание серы более 5%. При сжигании малосернистого топлива сероочистку проводить экономически        нецелесообразно.